计算机与软件工程的虚拟设计(源码)
随着信息化建设的推进和计算机技术的普及，虚拟现实技术在计算机领域中逐渐成为研究和开发的热点。虚拟设计实现了对学院建筑主体和教学环境的数字化，也可以作为学院管理的辅助工具，同时促进了学院文化的传播，对学院形象的提升也起到了重要作用，进而推动了数字校园的建设。本文从系统的功能需求、框架设计、开发平台的优选、模型实现与关键技术等多方面展开研究，实现了系统的开发和实例验证。本文以三维虚拟交互系统的设计与开发为主线，通过对实际功能需求及操作适应性的综合考量，在使用3dsMax建模软件构建三维场景的基础上，结合Unity3D开发引擎，利用C#语言开发了具有实时性和交互性的虚拟交互系统。该系统界面简洁直观，可操作性强，同时预留了功能扩展的空间，为后期的系统完善提供了便利。关键词 虚拟设计，交互，3dsMax，Unity3D
目 录
1 引言 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 课题国内外研究现状 2
1.3 课题研究内容 4
2 相关技术研究 4
2.1 场景建模技术 4
2.2 游戏引擎技术 5
3 系统分析 6
3.1 系统可行性分析 6
3.2 系统需求分析 7
4 系统概要设计 8
4.1 系统功能概述 8
4.2 系统总体架构 9
5 系统详细设计 10
5.1 虚拟场景的制作 10
5.2 虚拟学院的实现 18
6 系统测试 29
6.1 测试目的 29
6.2 测试流程 29
6.3 测试总结 29
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 引言
随着互联网的超速发展，我们生活在一个信息爆炸的时代，信息数字化也越来越引起人们的重视。数字化时代的来临给人类带来了强大的冲击，2016年爆发的VR（全称Virtual Reality，虚拟现实）技术更是在全球掀起了巨浪，虚拟现实技术[1,2]的发展极大地加深了人类对世界未知领域的理解。虚拟现实技术在计算机软硬件技术的支持下，对现实中的情景进行虚拟设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
计，生成多种感觉一体化的虚拟情景，其目的是为了使人在虚拟现实场景中进行交互动作，同时加深沉浸感。
目前，虚拟现实技术在娱乐、医学、室内设计、工业仿真和教育等各个行业方向迅速蔓延，成为了计算机领域研究的热点。
课题的背景及意义
随着科技不断创新性发展，传统的教学内容展示方式已然不能满足未来学校智能化管理和发展的需求，数字学院则是教育信息化发展到新阶段的产物。当下，很多高校已成功开发了虚拟校园系统，以此来适应市场及学校的发展需求，虚拟校园的研究方向也开始从技术层面进行革新。
据招生统计数据显示，近几年的高校招生出现了供求不平衡的现象，生源的减少直接造成了各大高校间的竞争，而高校的形象与声誉已然成为了在招生竞争洪流中取胜的关键因素。目前，在大多数学校的招生宣传平台上仍以展示静态的二维信息为主，尽管图文并茂、内容详尽，却仍不能满足让用户身临其境地感受到实景的需求，因此构建一个三维虚拟漫游系统在教学宣传上亟需实现。
在如今的互联网时代，学生更倾向于通过互联网来了解高校各专业的教学资源信息。网络招生宣传具有访问方便、传播范围广、成本低廉的特点，三维虚拟学院成为了网络宣传的有效载体。通过访问虚拟学院，学生及家长对于学院的教学资源、教学环境和师资力量会有更全面地了解，对于学院的特色专业宣传有极大的帮助。
本文旨在研究虚拟学院的系统功能设计和实现方法，以此来更好地满足学院发展的需要和给访问者提供更深刻的浏览体验。用户可进入学校网站来访问虚拟学院，在虚拟学院中任意漫游，通过漫游的方式加深对学院教学信息的认识。本文从应用及技能方面进行考量，将三维模型建模技术与虚拟现实技术相结合，从而构建了三维学院虚拟环境，实现了虚拟交互功能。
实现计算机与软件工程学院的虚拟设计的研究意义在于：
1.虚拟学院是建设数字校园的一个重要方向，开发虚拟学院必将推进数字校园的建设。
2.把场景建模技术与虚拟现实技术相结合，用一种数字化[3,4]的、全新的方式向浏览者展示了逼真的学院建筑构造、教学环境以及教学信息。同时，这也有利于访问者对学院各方面的信息有更深层次的了解。
课题国内外研究现状
国内虚拟设计的相关研究
我国虚拟现实技术的研究起步较晚，但随着我国科学技术的迅速发展，虚拟现实技术已经得到非常高的重视。国内的一些高校也积极地投入到虚拟技术的创新应用的研究与开发中来，相关政府部门为帮助和扶持国内虚拟现实的行业拓展，与可视化从业者资源对接，推动技术创新和成果转化，也提供了更好的创业就业的平台与渠道。
西安石油大学将校园场景作为参考对象，介绍了其虚拟漫游系统的设计思想，实现了虚拟场景的融合、角色漫游及角色交互技术。其系统可利用鼠标或键盘实现第一人称与第三人称的视角转换，利用碰撞检测模拟角色遇到障碍时的真实行为，以防止发生穿墙的失真现象[5]。
上海大学利用Unity3D游戏引擎作为开发平台，对嘉定校区进行了虚拟校园的开发。该系统实现了对学校建筑的漫游，还可通过鼠标和键盘操作进入建筑物的内部进行漫游。该系统使用碰撞检测技术防止穿墙的失真现象发生，减小场景的渲染数据量，提高角色漫游速度，利用层次细节纹理技术实现不同模型不同层次的精度显示，利用粒子爆炸等特效增加浏览者在场景中的沉浸感与真实感[6]。
吉林动画学院以Unity3D游戏引擎作为虚拟现实系统的开发平台，采用3dsMax为场景建模工具，结合Java Script脚本语言实现系统的交互控制动作，实现了控制虚拟角色漫游校园的过程[7]。
中北大学利用Unity3D游戏引擎作为虚拟校园漫游系统的开发平台，实现实时控制场景角度的变换、浏览校园教学信息、角色交互等功能。该系统还可通过单机或网络两种方式游览校园[8]。
清华大学在百年校庆之时开发了一款虚拟漫游系统，该系统是由清华大学的某研究生带组开发，系统中实现了虚拟角色对建筑场景进行参观和信息查询的功能，该系统的特点是通过高精度的场景建模，可直观地识别出场景建筑的模样，并且能转换成第三人称视角控制虚拟角色在场景中进行漫游活动[9]。
目 录
1 引言 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 课题国内外研究现状 2
1.3 课题研究内容 4
2 相关技术研究 4
2.1 场景建模技术 4
2.2 游戏引擎技术 5
3 系统分析 6
3.1 系统可行性分析 6
3.2 系统需求分析 7
4 系统概要设计 8
4.1 系统功能概述 8
4.2 系统总体架构 9
5 系统详细设计 10
5.1 虚拟场景的制作 10
5.2 虚拟学院的实现 18
6 系统测试 29
6.1 测试目的 29
6.2 测试流程 29
6.3 测试总结 29
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 引言
随着互联网的超速发展，我们生活在一个信息爆炸的时代，信息数字化也越来越引起人们的重视。数字化时代的来临给人类带来了强大的冲击，2016年爆发的VR（全称Virtual Reality，虚拟现实）技术更是在全球掀起了巨浪，虚拟现实技术[1,2]的发展极大地加深了人类对世界未知领域的理解。虚拟现实技术在计算机软硬件技术的支持下，对现实中的情景进行虚拟设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
计，生成多种感觉一体化的虚拟情景，其目的是为了使人在虚拟现实场景中进行交互动作，同时加深沉浸感。
目前，虚拟现实技术在娱乐、医学、室内设计、工业仿真和教育等各个行业方向迅速蔓延，成为了计算机领域研究的热点。
课题的背景及意义
随着科技不断创新性发展，传统的教学内容展示方式已然不能满足未来学校智能化管理和发展的需求，数字学院则是教育信息化发展到新阶段的产物。当下，很多高校已成功开发了虚拟校园系统，以此来适应市场及学校的发展需求，虚拟校园的研究方向也开始从技术层面进行革新。
据招生统计数据显示，近几年的高校招生出现了供求不平衡的现象，生源的减少直接造成了各大高校间的竞争，而高校的形象与声誉已然成为了在招生竞争洪流中取胜的关键因素。目前，在大多数学校的招生宣传平台上仍以展示静态的二维信息为主，尽管图文并茂、内容详尽，却仍不能满足让用户身临其境地感受到实景的需求，因此构建一个三维虚拟漫游系统在教学宣传上亟需实现。
在如今的互联网时代，学生更倾向于通过互联网来了解高校各专业的教学资源信息。网络招生宣传具有访问方便、传播范围广、成本低廉的特点，三维虚拟学院成为了网络宣传的有效载体。通过访问虚拟学院，学生及家长对于学院的教学资源、教学环境和师资力量会有更全面地了解，对于学院的特色专业宣传有极大的帮助。
本文旨在研究虚拟学院的系统功能设计和实现方法，以此来更好地满足学院发展的需要和给访问者提供更深刻的浏览体验。用户可进入学校网站来访问虚拟学院，在虚拟学院中任意漫游，通过漫游的方式加深对学院教学信息的认识。本文从应用及技能方面进行考量，将三维模型建模技术与虚拟现实技术相结合，从而构建了三维学院虚拟环境，实现了虚拟交互功能。
实现计算机与软件工程学院的虚拟设计的研究意义在于：
1.虚拟学院是建设数字校园的一个重要方向，开发虚拟学院必将推进数字校园的建设。
2.把场景建模技术与虚拟现实技术相结合，用一种数字化[3,4]的、全新的方式向浏览者展示了逼真的学院建筑构造、教学环境以及教学信息。同时，这也有利于访问者对学院各方面的信息有更深层次的了解。
课题国内外研究现状
国内虚拟设计的相关研究
我国虚拟现实技术的研究起步较晚，但随着我国科学技术的迅速发展，虚拟现实技术已经得到非常高的重视。国内的一些高校也积极地投入到虚拟技术的创新应用的研究与开发中来，相关政府部门为帮助和扶持国内虚拟现实的行业拓展，与可视化从业者资源对接，推动技术创新和成果转化，也提供了更好的创业就业的平台与渠道。
西安石油大学将校园场景作为参考对象，介绍了其虚拟漫游系统的设计思想，实现了虚拟场景的融合、角色漫游及角色交互技术。其系统可利用鼠标或键盘实现第一人称与第三人称的视角转换，利用碰撞检测模拟角色遇到障碍时的真实行为，以防止发生穿墙的失真现象[5]。
上海大学利用Unity3D游戏引擎作为开发平台，对嘉定校区进行了虚拟校园的开发。该系统实现了对学校建筑的漫游，还可通过鼠标和键盘操作进入建筑物的内部进行漫游。该系统使用碰撞检测技术防止穿墙的失真现象发生，减小场景的渲染数据量，提高角色漫游速度，利用层次细节纹理技术实现不同模型不同层次的精度显示，利用粒子爆炸等特效增加浏览者在场景中的沉浸感与真实感[6]。
吉林动画学院以Unity3D游戏引擎作为虚拟现实系统的开发平台，采用3dsMax为场景建模工具，结合Java Script脚本语言实现系统的交互控制动作，实现了控制虚拟角色漫游校园的过程[7]。
中北大学利用Unity3D游戏引擎作为虚拟校园漫游系统的开发平台，实现实时控制场景角度的变换、浏览校园教学信息、角色交互等功能。该系统还可通过单机或网络两种方式游览校园[8]。
清华大学在百年校庆之时开发了一款虚拟漫游系统，该系统是由清华大学的某研究生带组开发，系统中实现了虚拟角色对建筑场景进行参观和信息查询的功能，该系统的特点是通过高精度的场景建模，可直观地识别出场景建筑的模样，并且能转换成第三人称视角控制虚拟角色在场景中进行漫游活动[9]。
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